“聚合过程原理”习题解读

“聚合过程原理”习题第二章1.按物料的相态、结构形式、操作方式和流体流动及混合形式分类，反应器可分为那几类？2.名词解释：返混;微观混合;宏观混合;停留时间分布函数;停留时间分布密度函数;平均停留时间;有效利用系数3.理想反应器设计的基本原理是什么？4.反应器的流动模型有哪些？各有何特点？5.平推流及理想混合反应器的停留时间分布有何特点？6.返混对简单反应、复杂反应和连串反应各有何影响？7.描述连续式反应器的重要性质有哪些？8.微观混合和宏观混合对理想混合反应器各有何影响？第三章1.在双分子热引发和双基终止时，间歇式和连续全混式反应釜对产物的转化率、累积平均聚合度有何影响？2.在阳离子聚合中，采用间歇操作和连续操作对其转化率和平均聚合度和分子量分布有何影响？3.要制取高分子量的缩聚物时，在理论上和操作方式上可采取哪些措施？4.间歇操作的和连续全混反应釜对缩聚反应的分子量分布有何影响?第四章1.非牛顿流体可分为几类？各有何主要特征？2.影响高聚物剪切流动曲线的因素有哪些？3.宾汉塑性流体为何具有屈服应力？4.名词解释:入口效应;孔口膨大(Barns)效应;弹性回缩现象;法向应力效应;Toms效应5.利用幂律模型如何计算流动行为指数n？6.为何流体的假塑性行为只表现在某一剪切速率范围内？7.指出下列体系可能属于哪种非牛顿流体类型？高分子凝胶，饱和聚酯溶液，牙膏，聚丙烯熔体。8.可采用哪些仪器和方法可测量非牛顿流体的流变特性?9.试讨论高聚物的平均分子量及分子量分布对其剪切流动曲线的影响.10.为何胀塑性流体的粘度随剪切应力的增加而增大?第五章1.工艺过程对搅拌的要求主要有哪几种?各起何作用?2.漩涡对聚合过程有何影响？工业上可采取哪些措施消除搅拌所产生的漩涡？3.说明Navier-Stokes方程式和无因次Navier-Stokes方程式中各项所代表的物理意义。4.解释功率准数、无因次速度、泵送准数和无因次混合时间的物理意义。5.工业上处理不相溶液体有哪些方法？各起何作用？6.在分散体系中,有哪些力作用于分散相?对分散相起什么作用?7.在“混合和搅动”及“悬浮”类型的聚合体系中,搅拌任务的“尺度”和“难度”各指什么?8.表征搅拌器特性和行为的无因次准数有哪些?各与流体及搅拌器的什么特征有关?9.搅拌器功率计算和压力计算的基础是什么?10.什么是搅拌过程的混合时间?它与搅拌过程有何联系?11.搅拌器的设计中主要应确定哪些参数?12.在搅拌聚合釜的放大时,着重需考虑的问题是什么?“方次法则”中的指数有何意义?第六章1.在聚合过程中,可采取哪些措施控制聚合反应所产生的热量?2.说出搅拌聚合釜的几种传热方式和作用.3.可采用那些方法提高总包传热系数K的值?4.阐述搅拌分散过程和传质过程的关系,它们与搅拌器的设计有何联系?计算题1.有一反应，在一间歇反应器中进行，经过8min后，反应物转化掉80%，经过18min后，转化掉90%。求表达此反应的动力学方程式。2AAmin18A0min8A0AAA0dd219.019.0181)(218.018.081)(11kctckckcxxckt为假设正确，动力学方程N=22.反应222222HNONHO，在恒容下用等摩尔H2和NO进行实验，测得以下数据：求此反应的反应级数。总压2/cmkg0.2720.3260.3810.4350.443半衰期S25618611510467解：作图为即：已知：总总0210021000012110121ln~ln2ln)1(ln2ln)1()1(12lnln)1(12AAAAnnAnptRTpnktRTPRTpccnnktcnkt21lnt5.585.234.914.644.20lnAp-4.3-4.11-3.96-3.83-3.61slmolknn2)(21862.608206.010ln42.11321261.33.42.458.5得截距即：）（斜率3.可逆一级液相反应AP，以知000.5/,0APCmollC，当此反应在间歇反应器中进行时，经过8min后，A的转化率是33.3%，而平衡转化率是66.7%，求此反应的动力学方程式。4.三级气相反应2222NOONO，在30℃及12/cmkg下，以知反应的速度常数smollk2240/10`65.2，今若以2APABrkpp表示，反应速度常数Pk应为何值？5.考虑反应PA3，其动力学方程式为)/()/)(/1(VnkdtdnVrAAA，试推导在恒容下以总压P表示的动力学方程。：AtAAAtAAAAAAAAtAAtAAAtkpdtdpRTpkkcVnkdtdpRTdtdpRTdtdpRTdtdcrVnkdtdnvrdtdpdtdpppppppp221211(1)(22)(3)00得即6.在700℃及32/cmkg恒压下发生下列反应：2421042HHCHC，反应开始时，系统中含有C4H10为116kg，当反应完成50%时，丁烷分压以2.4Kg/cm2·s的速率发生变化，试求下列项次的变化速率：（1）乙烯分压；（2）2H的摩尔数；（3）丁烷的摩尔分率。]7.在一等温操作的间歇反应器中进行某一级液相反应，13min后反应物转化掉70%。今若把此反应移至平推流反应器或全混流反应器中进行，为达到相同的转化率，所需的空时和空速各是多少？解：间歇反应器7.007.00000)1(AAAAAAAXKCdXCrdXCt=1Kln11-0.7=13k=0.0926min-1平推流反应器AACCAAAAXKdXrdC07.00)1(=1Kln11-0.7=13min全混流反应器τ=)1(000AAAAAAAXKCXCrXC=1K11-0.7=25.2min8.在555K及0.3MPa在平推流管式反应器中进行反应：A→P，已知进料中含30%A（摩尔百分数），其余为惰性物料，加料流量为6.3mol/s，动力学方程式为AAkC，为了达到95%转化率，试求：(1)所需空速为多少？(2)反应器容积大小。解：CAO=555314.83.01.9830RTPYA0.019134mol/l)03.01)9.01(019134.01)1(00AAAAAAAXXYXCC=0.0019134mol/lτ=AACCAAAACdCrdC00019134.0019134.027.0=10.27ln10=8.528s300010019134.03.6AACFV=0.3293m3/sV=V0τ=0.3293×8.528=2.808m33003000010076.15.191.1189.15.19555314.83.03.089.13.03.6%3009.01.1111.1105.01ln27.0111ln27.01ln27.0127.0)(000mcFVmmolRTpcsmolFFssxcccdcrdcAAppAAtAvAAAccAAccAApAAAA9.液相反应A→P在一间歇反应器中进行，反应速度如下表所示：CAmol/l0.10.20.30.40.50.60.70.81.01.32.0(-rA)mol/l•min0.10.30.50.60.50.250.10.060.050.0450.042(1)若CA0=1.3mol/l，CAf=0.3mol/l，则反应时间为多少？(2)若在平推流反应器中进行，CA0=1.5mol/l，FA0=1000mol/hr，求XA=0.80时所需反应器大小。(3)当CA0=1.2mol/l，FA0=1000mol/hr，XA=0.75时，求所需的全混流釜式反应器大小。（1）由)(~AArc表作出AAcr~)(1曲线（1）min7.12045.005.03.02105.006.02.0212106.01.025.05.06.0215.01.0?3.0,3.111111111110）（）（）（用梯形法BRAfAtLmolcLmolcAc0.10.20.30.4050.60.70.81.01.32.0)(Ar0.10.30.50.60.50.250.10.060.050.0450.042)(1Ar103.3321.67241016.672022.2223.8（2）lmolxcclcFVmolLFVrcrcrdcrdcFVLmolxccAAAfAApApAAAAAAccAAAopAAAfAA3.0)75.01(2.1)1()3(1092.160100081.981.9min81.9)67.2222.22(2.021)22.2237.20)(05.13.1(2167.22)22.228.23(7.02.022.22(1,5.137.2022.2167.020)2022.22(3.005.020(1,05.1)()(05.1)3.01(5.1)1(0000))5.105.100梯形法：用内插法：LVrcccFVfAAAfAA256010005.15.15.02.13.02.1)(00010.均相气相反应A→3P，服从二级反应动力学。在0.5MPa、350℃和V0=4m3/hr下，采用一个2.5cm内径、2m长的实验反应器，能获得60%转化率。为了设计工业规模反应器，当处理量为320m3/hr，进料中含50%惰性物料时，在2.5MPa和350℃下反应，为了获得80%转化率，（1）需用2.5cm内径、2m长的管子多少根？（2）这些管子应以平行或串联联结？假设流动状况为平推流，忽略压降，反应气体符合理想气体行为。11.丙烷热裂解为乙烯的反应可表示为C3H8→C2H4+CH4（忽略副反应），在772℃等温反应时，动力学方程式为/AAdpdtkp，其中k=0.4hr-1。若系统保持恒压，P=0.1MPa，V0=800l/hr（772℃，0.1MPa），求当XA=0.5时，所需反应器体积。解：恒压变容反应3000020220000036077.28.0466.3466.32ln4.0211ln2)1(2)1(21)()1(2)1)(1(21112))1(1)1()1(1(11)(5.111045314.8101.0mVxkxkdxvVxckdtdxxcrxkxxkdtdxxxkpkpdtdxxdtdpdtdxxxxpdtdpxxppxdxcvVmmolRTpcpAxAApAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAxAAApAAAA即：12.理想气体分解反应A→P+S，在初始温度为348K、压力为0.5MPa，反应器容积为0.25M3下进行，反应的热效应在348K时为-5815J/mol，假定各物料的比热在反应过程中恒定不便，且分别为CPA=126J/mol•K，CPP=CPS=105J/mol•K；反应速度常数如下表所示：试计算在绝热情况下达到90%转化率所需的时间。T，K345350355360365K，hr-12.333.284.617.209.41T/K345350355360365κ/h-12.333.284.617.209.41试计算在绝热情况下达到90℅转化率所需的时间。解：T345350355360365k2.333.284.617.209.401xT10.0028990.0028570.0028170.0027780.002740iykln0.84591.1881.5281.9742.2421102550522